Marco teórico. Magnetismo. Campo magnético. Ley de Faraday: Inducción electromagnética. -Los imanes.

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Jorge Díaz de la Cruz
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Magnetismo -Los imanes. Marco teórico Un imán es una materia capaz de producir un campo magnético exterior y atraer al hierro (también puede atraer al cobalto y al níquel).

En un imán la capacidad de atracción es mayor en sus extremos o polos, estos polos se denominan norte y sur, ya que tienden a orientarse según los polos geográficos de la Tierra.

1 Magnetismo -Los imanes. Marco teórico Un imán es una materia capaz de producir un campo magnético exterior y atraer al hierro (también puede atraer al cobalto y al níquel). Los imanes que manifiestan sus propiedades de forma permanente pueden ser naturales, como la magnetita (Fe 3 O 4 ) o artificiales, obtenidos a partir de aleaciones de diferentes metales. En un imán la capacidad de atracción es mayor en sus extremos o polos, estos polos se denominan norte y sur, ya que tienden a orientarse según los polos geográficos de la Tierra. La región del espacio donde se pone de manifiesto la acción de un imán se llama campo magnético. Este campo se representa mediante líneas de fuerza, que son imaginarias, cerradas, que dan del polo norte al sur, por fuera del imán y en sentido contrario en el interior de éste; se representa con la letra B. En el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas debidas al movimiento de los electrones que contienen sus átomos, cada una de ellas origina un microscópico imán o dipolo. Cuando estos pequeños imanes están orientados en todas direcciones sus efectos se anulan mutuamente y el material no presenta propiedades magnéticas; en cambio si todos los imanes se alinean actúan como un único imán y en ese caso decimos que la sustancia se ha magnetizado. Imantar un material es ordenar sus imanes atómicos y se transmite a distancia y por contacto directo Los imanes tienen dos polos magnéticos diferentes llamados norte y sur. Si enfrentamos los polos Sur de dos imanes esto se repelen, y si enfrentamos el polo sur de uno con el polo norte de otro se atraen. La atracción o repulsión entre dos polos magnéticos disminuye a medida que aumenta el cuadrado de las distancia entre ellos. Campo magnético Una barra imantada o un cable que transporta corriente pueden influir en otros materiales magnéticos sin tocarlos físicamente porque los objetos magnéticos producen un campo magnético. Los campos magnéticos 2

suelen representarse mediante líneas de fuerza.

Las líneas del campo magnético revelan la forma del campo. Las líneas de campo magnético emergen de un polo, rodean el imán y penetran por el otro polo.

Los campos magnéticos influyen sobre los materiales magnéticos y sobre las partículas cargadas en movimiento.

2 suelen representarse mediante líneas de fuerza. En cualquier punto, la dirección de campo magnético es igual a la dirección de las líneas de fuerza, y la intensidad del campo es inversamente proporcional al espacio entre las líneas. Las líneas del campo magnético revelan la forma del campo. Las líneas de campo magnético emergen de un polo, rodean el imán y penetran por el otro polo. Fuera del imán, el campo está dirigido del polo norte al polo sur. La intensidad del campo es mayor donde están más juntas las líneas (la intensidad es máxima en los polos). Los campos magnéticos influyen sobre los materiales magnéticos y sobre las partículas cargadas en movimiento. En términos generales, cuando una partícula cargada se desplaza a través de un campo magnético, experimenta una fuerza en forma de ángulos rectos con la velocidad de la partícula y con la dirección del campo. Como la fuerza siempre es perpendicular a la velocidad, las partículas se mueven en trayectorias curvas. Electromagnetismo -El experimento de Oersted: Hans Oersted estaba preparando su clase de física en la Universidad de Copenhague, una tarde del mes de abril, cuando al mover una brújula cerca de un cable que conducía corriente eléctrica notó que la aguja se deflectaba hasta quedar en una posición perpendicular a la dirección del cable. Repitió el experimento una gran cantidad de veces, confirmando el fenómeno. Por primera vez se había hallado una relación entre la electricidad y el magnetismo, que puede considerarse como el nacimiento del electromagnetismo. Del experimento de Oersted se deduce que: Una carga en movimiento crea un campo magnético en el espacio que lo rodea. 3

Una corriente eléctrica que circula por un conductor genera a su alrededor un campo magnético cuya intensidad depende de la intensidad de la corriente eléctrica y de la distancia del conductor.

de hierro en el interior de la bobina (electroimán). Las corrientes inducidas.

3 Una corriente eléctrica que circula por un conductor genera a su alrededor un campo magnético cuya intensidad depende de la intensidad de la corriente eléctrica y de la distancia del conductor. -Campo magnético creado por un solenoide: El campo magnético creado por un solenoide se incrementa al elevar la intensidad de la corriente, al aumentar el número de espiras y al introducir un trozo de hierro en el interior de la bobina (electroimán). Las corrientes inducidas. Ley de Faraday Una vez demostrado que una corriente eléctrica crea un campo magnético, el físico inglés Michael Faraday 1831 logró demostrar también el hecho inverso: un campo magnético crea una corriente eléctrica. La explicación teórica fue: Es necesario un campo magnético variable (imán, bobina o cable en movimiento) para crear una corriente eléctrica en el cable o en la bobina. Esta corriente se conoce como corriente inducida, y el fenómeno como inducción electromagnética. La corriente eléctrica inducida existe mientras dure la variación del campo magnético. La intensidad de la corriente eléctrica es tanto mayor cuanto más intenso sea el campo magnético y cuanto más rápido se muevan el imán y la bobina. 4

Faraday enrolló en espiral un hilo conductor, construyendo así lo que se denomina un solenoide, y conectó los dos extremos del solenoide a un amperímetro.

Enseguida introdujo un imán en el solenoide y tampoco detectó en el amperímetro ningún paso de corriente eléctrica.

4 Faraday enrolló en espiral un hilo conductor, construyendo así lo que se denomina un solenoide, y conectó los dos extremos del solenoide a un amperímetro. Al no haber un generador de corriente eléctrica, no detectó ninguna variación en el amperímetro. Enseguida introdujo un imán en el solenoide y tampoco detectó en el amperímetro ningún paso de corriente eléctrica. Sin embargo, cuando movió el imán dentro del solenoide, el amperímetro marcó el paso de la corriente eléctrica. Faraday demostró así que un imán en movimiento crea una corriente eléctrica en un hilo conductor que se encuentre cerca de él. La inducción electromagnética es el fundamento del alternador y el dinamo, dispositivos que generan corriente, así como de los transformadores y motores eléctricos, que convierten la energía eléctrica en mecánica (movimiento). Ley de Lenz En el caso de la barra que se desplaza en un campo magnético, hemos visto que la generación de corriente inducida exige la realización de un trabajo mecánico y eso es natural, pues la corriente inducida es capaz de realizar un trabajo, calentar los conductores y en general, desarrollar una energía. Esta deberá suministrarla el agente que induce la corriente, si admitimos el principio de conservación de la energía. Esto llevó a Lenz a enunciar que: El sentido de la corriente inducida es siempre tal que tiende a oponerse a la causa que la origina. Así, el principio de la corriente inducida crea, en la boca del solenoide próxima al imán, un polo N que se 5

5 opone a que se acerque el polo N del imán (lo repele). En cambio, si intentamos alejar este, se induce un polo S que lo atrae. Generadores eléctricos Una de las aplicaciones más importantes de la corriente inducida es el generador electromagnético. electromotriz. Los generadores eléctricos, como la pila y la dinamo, crean y mantienen una corriente eléctrica, pero el inconveniente que tienen es la escasa fuerza electromotriz que desarrollan. En cambio, los generadores electromagnéticos producen una gran fuerza Un generador electromagnético consiste en una armadura metálica en la que hay gran cantidad de solenoides. En el interior de esta armadura se coloca un imán muy potente, que se hace girar a mucha velocidad. Debido al movimiento del imán, en los solenoides se produce una corriente eléctrica inducida que se puede transmitir a cualquier hilo conductor externo.. 6

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